Đang tải... (xem toàn văn)
Việc đọc hiểu bản vẽ kỹ thuật là không đơn giản. Vấn đề này càng trở nên khó khăn khi ngày nay lượng kiến thức phổ thông về hình học không gian bị rút ngắn, dẫn đến tình trạng người học không có đủ kiến thức cơ sở, khiến khả năng tư duy không gian yếu. Vì vậy, việc đưa các ứng dụng phần mềm thiết kế 3D (three dimensional: ba chiều) vào hỗ trợ giảng dạy đồ họa sẽ giúp chúng ta giải quyết tình trạng khó khăn đó. Bài báo đưa ra phương pháp phân tích, đọc hiểu bản vẽ và khai thác ứng dụng 2D to 3D trong phần mềm Solidworks nhằm mục đích nâng cao năng lực đọc hiểu 3D từ các hình vẽ 2D, đồng thời hỗ trợ khả năng tưởng tượng không gian của người học.
Khoa học - Công nghệ đổi sáng tạo Đọc hiểu vẽ kỹ thuật nhờ trợ giúp máy tính Trần Hồng Anh Trường Đại học Bách khoa Hà Nội Việc đọc hiểu vẽ kỹ thuật không đơn giản Vấn đề trở nên khó khăn ngày lượng kiến thức phổ thơng hình học khơng gian bị rút ngắn, dẫn đến tình trạng người học khơng có đủ kiến thức sở, khiến khả tư khơng gian yếu Vì vậy, việc đưa ứng dụng phần mềm thiết kế 3D (three dimensional: ba chiều) vào hỗ trợ giảng dạy đồ họa giúp giải tình trạng khó khăn Bài báo đưa phương pháp phân tích, đọc hiểu vẽ khai thác ứng dụng 2D to 3D phần mềm Solidworks nhằm mục đích nâng cao lực đọc hiểu 3D từ hình vẽ 2D, đồng thời hỗ trợ khả tưởng tượng không gian người học Đọc hiểu vẽ theo truyền thống Từ trước đến nay, giáo trình hình họa vẽ kỹ thuật, nội dung đọc hiểu vẽ không tập hợp thành giảng cụ thể Trong giáo trình vẽ kỹ thuật khí [1], tác giả Trần Hữu Quế, Đăng Văn Cứ Nguyễn Văn Tuấn đưa số gợi ý, định hướng việc đọc hiểu hai hình chiếu để vẽ hình chiếu thứ ba Phương pháp truyền thống phân loại sau: Đọc vẽ theo hướng khối Theo phương pháp này, hình chiếu đứng phân chia thành modul hình học theo độ cao (ví dụ phần đế, phần thân, phần đỉnh, phần hay dưới); hình chiếu phân chia theo độ xa, gần (ví dụ phần “lõi” trung tâm, bên trái hay phải, bên hay bên ngoài) Người đọc phải kiểm tra kỹ liên hệ chiếu, đường gióng từ xuống để phân chia vật thể thành khối hình học Đọc vẽ theo hướng mặt theo tọa độ hình chiếu Như vậy, yêu Đầu tiên, người đọc cần quan sát hướng cầu phải nắm đặc điểm hình chiếu nhìn để phân biệt mặt hay mặt dưới, mặt trước hay mặt sau, mặt trái hay mặt phải vật thể khối hình học bản, theo hình chiếu Trên hình chiếu, đường khép kín (đường mà chia vật thể theo khối thành phần Sau có kết cấu hình học gãy khúc cong) thể mặt Hai đường khép kín phận, ta lại kề hay bao thể xét đến tương hai mặt vật thể Tiếp theo tác chúng để người đọc cần theo đưa kết cuối hình chiếu lại để xác định (hình 2) Các vị trí tương đối hai mặt kề khối phận kết Sau nắm hợp với theo vị trí mặt mặt khép kín tạo thành khối ba trạng thái: cộng từ khối nhận khối, trừ khối hay cấu tạo vật thể (hình 1) Hình Kết đọc vẽ theo hướng mặt lấy phần chung 40 Số năm 2019 khoa học - công nghệ đổi sáng tạo Hình Kết đọc vẽ theo hướng khối Cả hai phương pháp nêu chưa rõ ràng áp dụng vào đối tượng cụ thể, nên phải dựa vào kinh nghiệm tập quán tư người đọc, chưa phát huy hiệu giảng dạy Đọc hiểu vẽ phần mềm máy tính Ngày nay, với đời phát triển mạnh mẽ phần mềm thiết kế, số nhà khoa học giới nghiên cứu phương pháp tự động phản chuyển mơ hình 3D từ vẽ 2D Người thiết kế tạo có sẵn vẽ 2D phần mềm tự động đọc hiểu xây dựng mơ hình 3D Phương pháp đề xuất Idesawa từ năm 1970 [2] dựa vào biểu diễn biên cách tiếp cận từ lên Điểm đường 2D hình chiếu thẳng góc chuyển thành đỉnh cạnh 3D Các đỉnh cạnh khơng hợp lệ bị loại bỏ Sau lại tạo mặt 3D loại bỏ mặt không hợp lệ Cuối phần mềm tạo vật thể 3D theo khối tính tốn hợp lệ Sau Idesawa, đông đảo nhà khoa học giới tham gia nghiên cứu theo hướng [3] Các cơng trình họ chia thành hai nhóm: nhóm sử dụng cấu trúc B-Rep (Boundary Representation) nhóm sử dụng cấu trúc CSG (Constructive Solid Geometry) B-Rep cấu trúc liệu chứa danh sách tọa độ yếu tố bề mặt, cạnh đỉnh Cấu trúc CSG xây dựng vật thể thông qua kết hợp khối đơn giản toán tử quan hệ Cấu trúc liệu xây dựng nhị phân Các nút diễn tả cho phép biến đổi 3D (quay, tịnh tiến) toán tử Boolean (cộng, trừ giao) Các khối (lăng trụ, trụ, nón, cầu, xuyến…) thông số chuyển vị Hình bước chung phương pháp tự động phản chuyển đọc hiểu mơ hình 3D phần mềm, gồm bước Những bước hình thành cạnh giả định, tạo mặt, tạo khối giả định đưa định cuối Hình Sơ đồ phương pháp tự động phản chuyển mơ hình 3D phần mềm Gần (2011), nhà khoa học Y Volpe, R Furferi, L Governi M Palai [4-5] trình bày thủ tục phản chuyển theo quan điểm thực tiễn Nghiên cứu họ dựa hướng tiếp cận B-Rep trình bày cách chi tiết triển khai kiểm chứng thành cơng Matlab với mơ hình đa diện hình Hình Cơng trình phản chuyển nhà khoa học Y Volpe, R Furferi, L Governi M Palai Việc khảo sát cơng trình nghiên cứu cho phép đưa đánh giá sau: - Việc loại bỏ đối tượng sai chưa triệt để, chưa sử dụng hết thông tin thấy - khuất Có trường hợp thừa nghiệm sai trùng - Phạm vi đối tượng hạn chế, nhiều phương pháp thích hợp cho đa diện, số khác mở rộng cho mặt cong bậc hai chưa xử lý giao tuyến phức tạp cấu trúc tương tác khối chứa mặt cong - Hiện phần mềm tự động phản chuyển dừng lại mức độ nghiên cứu mà chưa đưa vào khai thác sử dụng thực tế Số năm 2019 41 Khoa học - Công nghệ đổi sáng tạo Đọc hiểu vẽ kết hợp với ứng dụng phần mềm thiết kế 3D Xác định vị trí, đặc điểm mối tương quan bề mặt Để khắc phục hạn chế phương pháp đọc hiểu nêu trên, phương pháp đề xuất cụ thể chi tiết hóa phần lý thuyết đọc hiểu theo truyền thống áp dụng cách phù hợp với ứng dụng phần mềm thiết kế 3D thơng dụng (Solidworks) Trình tự phương pháp nhận dạng đối tượng từ cạnh, tiếp đến bề mặt, hình khối cuối nhận dạng dựng hình tồn cấu tạo đối tượng phần mềm (hình 5) Dựa vào liên hệ chiếu hai hình chiếu để xác định bề mặt Để thuận lợi cho việc phân loại mặt phẳng ta ký hiệu mặt phẳng song song Π1 M, mặt phẳng song song Π2 B Những bề mặt lại mặt chiếu Đối với bề mặt chiếu biểu diễn nét khuất mà bề mặt khối rỗng cắt vào vật thể ký hiệu K Trên hình chiếu đứng cần phân biệt độ xa gần bề mặt Bề mặt xa trục x gần ngược lại Tương tự hình chiếu ta phân biệt độ cao thấp bề mặt Bề mặt xa trục x cao ngược lại Sau xác định xác vị trí bề mặt vẽ 2D ví dụ hình Hình Trình tự thực phương pháp đọc hiểu kết hợp ứng dụng phần mềm thiết kế Nhận dạng cạnh Cạnh chia làm hai loại: đoạn thẳng đường cong Đa số đoạn thẳng nhận dạng có đặc điểm hình học song song hay vng góc với mặt phẳng hình chiếu Một số đoạn thẳng (tức không song song hay vng góc với mặt phẳng hình chiếu) Việc nhận dạng đường cong phức tạp phụ thuộc vào hình chiếu lại Đường cong đường tròn, đường elip hay đường cong ghềnh Nhận dạng bề mặt Một bề mặt phải đọc hiểu từ chuỗi phân đoạn thẳng cong khép kín (khơng có nét thấy phân cách) Bề mặt chia làm hai loại: mặt phẳng mặt cong Đa phần bề mặt phẳng nhận dạng mặt phẳng chiếu đồng mức (vng góc song song với mặt phẳng hình chiếu bản) Còn lại số bề mặt Đa phần mặt cong thường gặp cấu tạo khí mặt trụ Ngồi ra, có mặt khác nón, cầu xuyến 42 Số năm 2019 Hình Xác định nhận dạng bề mặt Nhận dạng khối dựng hình phần mềm Từ bề mặt nhận dạng ta tiếp tục xây dựng hình khối 3D Một khối 3D phải xuất phát từ bề mặt khép kín Vị trí bề mặt lại đóng vai trò giới hạn khối Q trình dựng hình 3D bắt đầu ta nhận dạng đủ hình khối tương tác chúng Sau dùng Solidworks để import file Autocad chứa vẽ kỹ thuật 2D, xuất hình chiếu đứng hình chiếu môi trường chứa công cụ 2D to 3D (hình 7) Nếu dựng hình 3D thơng thường ta phải nhập đầy đủ kích thước số liệu đề khác biệt dựng hình 3D trực tiếp từ hình vẽ 2D import mà khơng cần nhập kích thước sử dụng ln đường nét vẽ kỹ thuật 2D khoa học - cơng nghệ đổi sáng tạo Hình Menu dựng hình Solidworks Hình Xuất file AutoCad vào môi trường Solidworks Sự tương tác khối 3D phân loại hình Hình 10 Kết dựng hình 3D theo tọa độ vẽ 2D Kết luận Hình Sự tương tác khối 3D Việc tương tác khối đa dạng có nhiều phương pháp tạo khối cho vật thể Tuy nhiên tạo khối ta cố gắng đưa khối dạng (hình hộp, hình trụ, hình nón…) Khi tiến hành dựng hình Solidworks ta thường sử dụng nhóm lệnh sau: - Lệnh Extrude Boss: tạo khối 3D cách quét tiết diện theo phương vuông góc - Lệnh Extrude Cut: tạo khối Cut 3D cách qt tiết diện theo phương vng góc - Lệnh Revolve Boss: tạo khối 3D cách xoay tiết diện quanh trục - Lệnh Revolve Cut: tạo khối Cut 3D cách xoay tiết diện quanh trục Trong trường hợp vật thể cần thêm lệnh dựng hình phức tạp hồn tồn mở rộng khai thác thêm ứng dụng khác phần mềm mà trì tọa độ có sẵn từ vẽ kỹ thuật 2D (hình 9) Các sai sót trình dựng hình dễ dàng chỉnh sửa mơi trường 3D có tính trực quan cao Kết dựng mơ hình 3D vẽ 2D (hình 6) biểu diễn hình 10 Bài báo đưa phương pháp đọc hiểu vật thể dựa vị trí tương quan bề mặt nhận dạng Sự kết hợp yếu tố đọc hiểu với tính dựng mơ hình 3D trực tiếp hình chiếu vẽ 2D nên đem lại tính trực quan nhiều so với phương pháp đọc hiểu truyền thống Vì bổ sung phương pháp giảng dạy đồ họa kỹ thuật nhằm nâng cao khả đọc hiểu người học, đồng thời phù hợp với xu tăng cường vẽ 3D máy tính thay dần cho việc vẽ thủ công ? TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần Hữu Quế, Đặng Văn Cứ, Nguyễn Văn Tuấn (2000), Giáo trình vẽ kỹ thuật khí 1-2, Nhà xuất Giáo dục [2] M.A Fahiem, S.A Haq, F Saleemi (2007) "A Review of 3D reconstruction Techniques from 2D Othographic Line Drawing", Geometric Modelling and Imaging (GMAI ‘07), pp.60-66 [3] Hoàng Long (2013), Luận án Tiến sỹ kỹ thuật khí - mã số 625201013 Đề tài: Nghiên cứu xây dựng phương pháp phản chuyển từ hình chiếu thành mơ hình 3D ứng dụng cho hệ CAD/CAM khí, tr.4-19 [4] R Furferi, L Governi, M Palai, Y Volpe (2011), “3D Model Retrieval from mechanical drawings analysis”, International Journal of Mechanics, 2(5), pp.91-104 [5] R Furferi, L Governi, M PaLai, Y Volpe (2011), “3D reconstruction problem: An automated procedure”, Applications of Mathematics and Computer Engineering, 270(7), pp.99-104 Số năm 2019 43 ... tương quan bề mặt nhận dạng Sự kết hợp yếu tố đọc hiểu với tính dựng mơ hình 3D trực tiếp hình chiếu vẽ 2D nên đem lại tính trực quan nhiều so với phương pháp đọc hiểu truyền thống Vì bổ sung... bổ sung phương pháp giảng dạy đồ họa kỹ thuật nhằm nâng cao khả đọc hiểu người học, đồng thời phù hợp với xu tăng cường vẽ 3D máy tính thay dần cho việc vẽ thủ công ? TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Trần... từ vẽ kỹ thuật 2D (hình 9) Các sai sót trình dựng hình dễ dàng chỉnh sửa mơi trường 3D có tính trực quan cao Kết dựng mơ hình 3D vẽ 2D (hình 6) biểu diễn hình 10 Bài báo đưa phương pháp đọc hiểu